Transkriptionelle Regulierung gemeinsamer essentieller Gene im Säugetieren Chromatin

• Antragsteller: Dr. Ralph Grand
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556634773

Jede Zelle in unserem Körper muss Gene exprimieren, die für grundlegende zelluläre Prozesse wie den Stoffwechsel kodieren. Trotz der allgemeinen Relevanz dieser gemeinsamen essentiellen Gene (CEGs) bleibt unser Verständnis ihrer Regulation begrenzt. Dies ist wahrscheinlich auf die redundanten Regulierungsmechanismen zurückzuführen, die die CEG-Expression über Zelltypen hinweg sicherstellen, und auf die wesentliche Natur der Regulierungsfaktoren. Da jedoch das Bewusstsein wächst, dass eine abnormale CEG-Expression zu Krankheiten beitragen kann, ist ein umfassendes Verständnis ihrer Regulation dringend erforderlich. Gene werden von regulatorischen Regionen kontrolliert, die von Kombinationen sequenzspezifischer Transkriptionsfaktoren (TFs) gelesen werden, um Genexpressionsmuster zu erstellen. In Säugetierzellen geschieht dies im Zusammenhang mit Chromatin, wo Nukleosomen den Zugang von TF zur DNA beeinflussen können. Umfangreiche Profilierung von Chromatin und regulatorischen Proteinen sowie In-vitro-Biochemie und Strukturanalyse haben genomweite Standortkarten und Bilder mit atomarer Auflösung von Chromatin und regulatorischen Faktoren erstellt. Diese Schnappschüsse lassen sich jedoch nur schwer definieren, wie TFs und Cofaktoren zusammenarbeiten, um Chromatin und Transkription in der Zelle zu modulieren. Daher bleiben grundlegende Fragen darüber offen, wie TF-Kombinationen und Cofaktoren die CEG-Aktivität in Säugetierzellen steuern. Um das Zusammenspiel dieser regulatorischen Schichten in der Zelle zu analysieren, ist ein reduktionistisches System erforderlich, um die Faktoren zu identifizieren und ihren Beitrag zur Genaktivierung zu definieren. Meine Entdeckung von BANP als einem der wirksamsten Transkriptionsaktivatoren im menschlichen Genom, der auch Chromatin moduliert, liefert ein solch kontrollierbares System. Mithilfe von BANP als Einstiegspunkt werden wir die Rolle der TF-Kooperativität und der Cofaktoren bei der Regulierung der CEG-Aktivität in murinen embryonalen Stammzellen definieren. Wir werden kombinatorisch induzierbare Degron-Zelllinien für TFs generieren, die mit BANP kobinden. Dies ermöglicht die Messung primärer Veränderungen der TF-Bindung, des Chromatins und der Genaktivität nach schneller Erschöpfung, um zu untersuchen, wie TF-Kombinatorik die CEG-Aktivität moduliert. Wir werden weiter untersuchen, wie die TF-Bindung durch die Wirkung von Cofaktoren in Genaktivität umgesetzt wird, indem wir BANP-Cofaktoren mithilfe von Proteomik und einem CRISPR-Knockout-Screen identifizieren und sie mit induzierbaren Degronen markieren, um ihre Funktion zu untersuchen. Dies wird zu einem umfassenden Verständnis darüber führen, wie BANP im Chromatin eingebettete regulatorische Regionen interpretiert, um die CEG-Genaktivität zu modulieren. Darüber hinaus wird es dabei helfen, krankheitsbedingte Mutationen in regulatorischen Sequenzen und Faktoren zu interpretieren, mit dem Potenzial, die Diagnose und Behandlung zu unterstützen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen